CZ283374B6 - Element pro převod hmoty - Google Patents

Abstract

Element pro převod hmoty, trubkové konstrukce, jejíž stěna je na protilehlých místech deformována dovnitř tak, že v příčném průřezu má element čtyři vnější křídla oddělená vnitřními oblouky. Výhodně je vnější povrch elementu opatřen axiálními žebry.ŕ

Description

Oblast techniky

Vynález se týká výplňových elementů pro použití u zařízení pro chemickou výrobu. Týká se zejména nepravidelných výplňových elementů konstrukčního provedení, které je vhodné pro použití při převodu hmoty.

Dosavadní stav techniky

Převod hmoty se definuje jako převod jedné nebo více komponent z jedné nemísitelné fáze na druhou. Tato komponenta může být chemikálie, nebo to může být teplo. V případě, kdy je tato komponenta teplo, to může být teplo spalovací nebo teplo reakční, které je třeba odstranit z reakčního proudu před dalším zpracováním, nebo z proudu horké kapaliny před tím, než se může jímat nebo používat. Tato komponenta může být také chemikálie, jako je plynná složka, která se má z proudu plynu odstranit redukcí; nebo komponenta kapalné směsi, která se má zpracovat destilací nebo separací. Pro takováto použití a mnoho dalších aplikací, které zahrnují převod hmoty, je obvyklé provádět kapalinu, která se má zpracovávat, kolonou, která obsahuje neuspořádaně rozložené výplňové elementy. Na tyto elementy se v následujícím textu odkazuje pro jednoduchost jako na elementy pro převod hmoty, bez ohledu na skutečný proces, v souvislosti s nímž je použití těchto elementů skutečně navrhováno.

Nejvýkonnější elementy pro převod hmoty jsou logicky ty, které představují nej rozsáhlejší povrchovou plochu pro styk s kapalinou. Proto bylo učiněno mnoho pokusů navrhnout nepravidelné výplňové elementy s maximalizovaným charakteristickým znakem povrchové plochy.

Jedno takové řešení je například popsané v DE-OS 1 945 048, v němž je popsané výplňové těleso pro kolony vyrobené z umělé hmoty, která má malou schopnost navlhat. Konstrukce tohoto výplňového tělesa je prizmatická, s příčným řezem ve tvaru růžice s mnoha záhyby a přehnutími, provedenými dovnitř a ven.

V praxi se však zjistilo, že jsou nanejvýš žádoucí také další charakteristické znaky. Například je také cenné, když se k sobě tyto elementy nepřimykají, pokud jsou v koloně, protože to zmenšuje účinnou povrchovou plochu, která je vystavená působení. Je také důležité, aby se elementy nenaskládaly tak těsně, že by omezovaly průtok kapaliny a způsobovaly značný pokles tlaku mezi vstupem a výstupem kolony. To jsou kritéria, kterým výplňové těleso podle výše uvedeného německého dokumentu nevyhovuje.

Vyvážení shora zmíněných požadavků, které si při vytváření efektivního elementu pro převod hmoty často konkurují, je věc značné dovednosti a zahrnuje kompromisy ve tvaru, rozměrech i poměrech proporcí elementu, aby se dosáhlo kombinace optimálních vlastností. Úkolem vynálezu je tedy navrhnout výplňový element, který by odstraňoval nedostatky elementů známých a splňoval shora uvedené požadavky.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky do značné míry odstraňuje a vytčený úkol řeší výplňový element, zejména pro převod hmoty, podle vynálezu, který má obecně trubkovou konstrukci, jejíž trubková stěna je na protilehlých koncích vzájemně kolmých průměrů zdeformovaná dovnitř, takže vzniká příčný průřez se čtyřmi vnějšími křídly.

- 1 CZ 283374 B6

Vnitřní deformace na protilehlých koncích každého průměru mají s výhodou tytéž velikosti, takže vypuklost povrchu vnitřní stěny každé deformace má týž poloměr křivosti.

Vnitřní deformace na protilehlých koncích kolmého průměru mají také stejný poloměr křivosti povrchu vnitřní stěny, avšak podle jednoho výhodného provedení mají s výhodou poloměr křivosti odlišný od poloměru křivosti prohlubní na koncích druhého průměru, takže čtyři vnější křídla dávají tomuto elementu příčný průřez vzhledu obloukové spony. Poměr těchto dvou poloměrů křivosti u tohoto výhodného tělesného provedení se může značně měnit, avšak s výhodou je od 1:1 do 4:1, a nejčastěji od 2:1 do 3:1.

U jedné možné formy provedení jsou poloměry křivosti těchto dvou souborů vnitřních vypouklých oblouků stejné, avšak úhel, sevřený krajními mezemi křivosti, je pro jednu protilehlou dvojici větší než pro druhou. Prakticky to znamená, že je proniknutí větší dvojice vypouklých oblouků do vnitřního prostoru elementu větší než u ostatních. U jedné krajní formy tohoto tělesného vytvoření je průnik dvou větších protilehlých vypouklých oblouků takový, že se protilehlé vnitřní povrchy dotýkají a osový průchod elementem je účelně rozdělený na dva.

Podle dalšího výhodného tělesného vytvoření se sobě poloměry křivosti vnitřních povrchů všech zmíněných čtyř deformací rovnají a vnitřní průniky všech čtyř jsou stejné, takže vytvářejí vnitřní axiální průchod v podstatě křížového příčného průřezu.

Osová délka takového elementu může mít jakoukoli vhodnou velikost, avšak obvykle je od 0,5 cm do 3 cm, s výhodou od 1 cm do 2 cm.

Největší rozměr příčného řezu je obvykle větší než osová délka a často je asi dvakrát až šestkrát větší. Nejčastěji je největší rozměr příčného řezu asi dvojnásobek až čtyřnásobek osové délky elementu.

Vnější povrch tohoto elementu se skládá ze čtyř vypouklých křídel, která mohou být oddělená vydutými povrchy, odpovídajícími vypouklým obloukům na vnitřních površích, nebo spojovacími povrchy o malém nebo žádném zakřivení v každém směru. Obecně je tento poslední typ spojovacího povrchu výhodný u elementů, které mají čtyři křídla stejné velikosti.

Kde jsou křídla oddělená vydutými povrchy, mohou být tyto výdutě opatřené žebry, uspořádanými axiálně po délce elementu. Podle jedné výhodné konstrukce je v každé výduti 2 až 6 žeber, s výhodou od 3 do 4 žeber, která jsou nej výhodněji uspořádaná pouze ve výdutích s větším poloměrem křivosti.

I když se tvar elementů podle vynálezu popisuje jako válcový, předpokládá se, že se tvar příčného řezu může po délce dutého válce měnit, aniž došlo k odchýlení od koncepce podstaty vynálezu. Dutý válec může být tedy mírně kuželový nebo může být vytvořený s jakýmsi páskem s největším rozměrem příčného řezu, který má minimum asi ve středu délky. Avšak je třeba si připomenout, že takové odchylky mohou zvyšovat tlakový spád od jednoho konce vrstvy k druhému a snad i měnit uspořádání elementů ve vrstvě. Takové úchylky jsou tedy tolerovatelné pouze do té míry, pokud významně nezmenšují účinnost elementu, pokud jde o jeho základní účel.

Podstavy elementu ve směru osy mohou být tvořené koncovými stěnami, vytvarovanými tak, že jsou přizpůsobené teoreticky zakřiveným povrchům, které jsou vypouklé, nebo výhodněji vyduté. U výhodných provedení jsou tedy podstavy elementů prohloubené, takže délka v ose je menší než délka na obvodu. Míra prohloubení může být taková, že axiální délka podél osy činí 60 % až 90 %, obvykle pak okolo 75 % axiální délky na obvodu.

-2CZ 283374 B6

Materiál, ze kterého je dutý válec vyrobený, může být kterýkoli z těch materiálů, které se pro takové účely běžně používají. Vhodný materiál je tedy keramický nebo vypalovaný jílovitý materiál, nicméně u některých aplikací se mohou používat další materiály, jako je sklo nebo kov. Obecně má být tento materiál inertní ke kapalině, jejímž účinkům bude vystaven. U těch použití, kde je zahrnutý i přenos tepla, má být element také schopný absorbovat teplo v množstvích, která tyto procesy vyžadují. Musí být také schopný odolávat jak tepelným, tak i fyzikálním nárazům během ukládání a užívání.

Přehled obrázků na výkresech

Obrázek 1 je perspektivní pohled na první element podle vynálezu. Obrázek 2 představuje perspektivní pohled na druhé tělesné vytvoření. Obrázek 3 představuje perspektivní pohled na třetí tělesné vytvoření a obrázek 4 znázorňuje perspektivní pohled na čtvrté provedení výplňového elementu podle vynálezu.

Příklady provedení vynálezu

Na obrázku 1 má cylindrický element čtyři stejně dimenzovaná vnější křídla. Vnitřní povrch má čtyři stejně rozmístěné vypouklé oblouky. Největší vnější průměr příčného řezu elementu je 3,33 cm a největší délka je 2,54 cm. Na každé podstavě dutého válce jsou povrchy elementu vytvarované do formy části myšleného celkového teoretického vydutého povrchu tak, že protilehlé teoretické povrchy obou podstav jsou ve vzájemném nejtěsnějším přiblížení v ose elementu vzdálené 1,91 cm. Poloměr křivosti vnějších křídel je 0,64 cm a poloměr křivosti vnitřních vypouklých oblouků je 0,60 cm. Vnější křídla jsou spojená konvexními povrchy o poloměru křivosti 1,03 cm a vnitřní křídla jsou spojená konkávními povrchy o poloměru křivosti 0,95 cm.

Obrázek 2 ilustruje tělesné vytvoření, u něhož zůstává tloušťka stěny dutého elementu v podstatě konstantní. Jeho vnitřní povrch je tvořený vypouklými oblouky o rozdílných poloměrech křivosti, a to jednou protilehlou dvojicí na protilehlých koncích prvního průměru, která má tutéž větší vypouklost, a druhou protilehlou dvojicí na koncích druhého průměru, která leží v pravém úhlu k dvojici první a má menší stupeň vypouklosti.

Vnější povrchy větších vnitřních vypouklých oblouků jsou každý opatřený čtyřmi stejně rozmístěnými, axiálně uspořádanými žebry.

Poloměry křivosti větších z vnitřních vypouklých oblouků jsou 2,31 cm a poloměry křivosti menších vypouklých oblouků jsou 1,17 cm. Osová délka elementu je 1,42 cm, tloušťka stěny je 0,28 cm a největší odstup mezi vnějšími povrchy sousedních křídel je 5,31 cm.

Obrázek 3 ukazuje konstrukci podobnou konstrukci podle obrázku 2, avšak s více zvýrazněnými vnějšími křídly a s vnitřními vypouklými oblouky, které nejsou, jak je vidět, tak odlišné. Tato konstrukce také postrádá vnější axiální žebra.

Dva větší protilehlé vnitřní vypouklé oblouky mají poloměry křivosti 1,25 cm, zatímco 0,89 cm je poloměr křivosti příslušného protilehlého konkávního povrchu, a menší vnitřní vypouklé oblouky mají poloměry křivosti 0,89 cm, zatímco 0,53 cm je poloměr křivosti příslušného protilehlého konkávního povrchu. Tloušťka stěny je 0,36 cm a axiální délka elementu je 1,42 cm. Největší rozestup mezi vnějšími povrchy sousedních křídel je 4,37 cm.

Obrázek 4 je podobný tělesnému vytvoření podle obrázku 3, kromě toho, že větší vnitřní vypouklé oblouky jsou tak velké, že se u osy elementu dotýkají.

-3 CZ 283374 B6

U tohoto tělesného vytvoření jsou poloměry křivosti všech vnějších povrchů, odpovídajících vnitřním vypouklým obloukům 1,91 cm, avšak jedna protilehlá dvojice je tak výrazná, že se její vnitřní povrchy stýkají. Axiální délka tohoto elementu je 1,91 cm a tloušťka stěny je 0,95 cm.

Claims (6)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Výplňový element, který má obecně trubkovou konstrukci, vyznačující se tím, že jeho trubková stěna je na protilehlých koncích dvou vzájemně kolmých průměrů zdeformovaná dovnitř tak, že tvoří příčný řez s pouze čtyřmi vnějšími křídly.
2. 2. Výplňový element podle nároku 1, vyznačující se tím, že velikost deformace je na protilehlých koncích téhož průměru stejná.
3. 3. Výplňový element podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že čtyři vnější křídla mají tytéž rozměry.
4. 4. Výplňový element podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že se poměr délek vzájemně kolmých průměrů pohybuje od 1:1 do 4:1.
5. 5. Výplňový element podle některého z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že má na vnějším povrchu trubkové stěny výplňového elementu vytvořeno několik axiálně probíhajících žeber.
6. 6. Výplňový element podle některého z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že podstavy výplňového elementu jsou vytvarované tak, že odpovídají teoretickým konkávním povrchům, takže axiální délka výplňového elementu je kratší v jeho ose.